《煤化工工艺学》煤和直接液化
煤直接液化和煤间接液化综述
煤直接液化和煤间接液化综述摘要：煤的直接液化和间接液化技术经过长期发展，已形成了各自的工艺特征和典型工艺。
我国总的能源特征是“富煤、少油、有气”，以煤制油已成为我国能源战略的一个重要趋势。
经过长期不断努力，我国初步形成了“煤制油”产业化的雏形，在未来将迎来更多机遇和挑战。
关键字：煤直接液化煤间接液化发展历程现状前景1.煤直接液化煤直接液化又称煤加氢液化, 是将固体煤制成煤浆, 在高温高压下, 通过催化加氢裂化, 同时包括热解、溶剂萃取、非催化液化, 将煤降解和加氢从而转化为液体烃类, 进而通过稳定加氢及加氢提质等过程, 脱除煤中氮、氧、硫等杂原子并提高油品质量的技术。
煤直接液化过程包括煤浆制备、反应、分离和加氢提质等单元。
煤的杂质含量越低, 氢含量越高, 越适合于直接液化。
1.1发展历程煤直接液化技术始于二十世纪初, 1913年德国科学家Bergius首先研究了煤高压加氢, 并获得了世界上第一个煤液化专利, 在此基础上开发了著名的I G Farben工艺。
该工艺反应条件较为苛刻, 反应温度为470℃, 反应压力为70MPa。
1927年德国在Leuna建立了世界上第一个规模为0.1Mt/a的煤直接液化厂, 到第二次世界大战结束时,德国的18个煤直接液化工厂总油品生产能力已达约4.23Mt/a , 其汽油产量占当时德国汽油消耗量的50%。
第二次世界大战前后, 英国、美国、日本、法国、意大利、苏联等国也相继进行了煤直接液化技术的研究。
以后由于廉价石油的大量发现, 从煤生产燃料油变得无利可图, 煤直接液化工厂停工, 煤直接液化技术的研究处于停顿状态。
20世纪70年代,石油危机发生后, 各发达国家投人大量人力物力进行煤直接液化技术的研发, 相继开发出多种煤直接液化工艺, 但由于从20世纪80年代后期起原油价格在高位维持的时间不长,从煤生产燃料油获利的可能性较低, 这些工艺都没有实现工业化。
1.2煤直接液化技术的工艺特征典型的煤直接加氢液化工艺包括: ①氢气制备;②煤糊相(油煤浆)制备; ③加氢液化反应;④油品加工等“先并后串”四个步骤。
孙鸿主编煤化工工艺学知识点
住煤化工工艺学煤化工：就是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学产品的过程。
新一代煤化工技术是指以煤气化为龙头，以一碳化工技术为基础，合成、制取各种化工产品和燃料油的煤炭洁净利用技术⑴⑵⑶⑷⑸第3章炼焦1）炼焦：是指煤在隔绝空气的条件下，加热到950～1050℃经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等阶段，最终制得焦炭，这一过程称为炼焦。
2）焦炭是一中质地坚硬，以碳为主要成分、含有裂纹和缺陷的不规则多孔体，呈银灰色。
3）高炉炼铁用焦炭主要作用是供热料和还原剂。
4）烟煤是组成复杂的高分子有机物混合物。
它的基本结构单元是不同缩合程度的芳香核，其周边带有侧链，结构单元之间以交联键连接。
5.高温炼焦过程可以分为四个阶段：烟煤的干燥预热阶段、生成胶质体阶段、半焦收缩阶段和生成焦炭阶段。
6.煤热解过程中的化学反应是非常复杂的，总的来包括裂解和缩聚两类反应。
7.配煤就是将两种以上的单种煤料，按适当均匀配合，以求制得各种用途所要求的焦炭质量。
采用配煤炼焦，既可以保证焦炭质量符合要求，又可合理利用煤炭资源，同时增加炼焦化学产品产量。
8．从炼焦方法的进程看，炼焦炉大体分为成堆干馏、倒焰式焦炉、废热式焦炉、蓄热式焦炉和巨型反应器五个阶段。
9.蓄热式焦炉主要有炭化室、燃烧室、蓄热式和斜道区、炉顶区所组成。
10.炭化室是接受煤料，并对其隔绝空气进行干馏，生产焦炭的炉室。
11.整座焦炉靠推焦车的一侧称为机侧，另一侧称为焦侧。
12.现代焦炉按装煤方式的不同可分为顶装（散装）焦炉和侧装（捣固）焦炉之分。
13.炼焦炉的生产操作，包括装煤、推焦、熄焦和筛焦四道主要工序。
14.什么是干法熄焦？干法熄焦相对于湿法熄焦主要有哪些优点？答：干法熄焦就是冷惰性气体在干媳炉中与红焦直接换热，从而冷却焦炭。
热惰性气体经过废热锅炉产生水蒸气，供焦化厂使用，惰性气体降温后循环使用。
⑴高效回收红焦余热，大幅降低炼焦综合能耗；⑵明显改善焦炭质量，降低炼焦成本；⑶大大减少了环境污染。
煤化工工艺学第6章煤的直接液化.
6.1.1.3煤和石油的差异
（1）煤是由缩合芳香环为结构单元通过桥键联在一起的大分子固体物，
而石油是不同大小分子组成的液体混合物；煤以缩合芳香环为主，石油以 饱和烃为主。煤的主体是高分子聚合物，而石油的主体是低分子化合物。 （2）石油的H/C比高于煤，原油为1.76而煤只有0.3～0.8，而煤氧含量显著 高于石油，煤含氧2％～21％，而石油含氧极少； （3）煤中有较多的矿物质，而石油很少。 因此，要把煤转化为油，需加氢，裂解同时必须脱灰。
掺混 掺混 酯交换工艺
煤炭直接液化是在高温高压下，借助于供氢、溶剂和催化剂，使 煤与氢反应，从而将煤中复杂的有机高分子结构直接转化为较低分子的 液体油。通过煤直接液化，不仅可以生产汽油、柴油、煤油、液化石油 气，还可以提取苯、甲苯、二甲苯混合物及生产乙烯、丙烯等重要烯烃 的原料。直接液化的优点是热效率较高、液体产品收率高；主要缺点是 煤浆加氢工艺条件相对苛刻，反应设备需能够承受高温、高压和氢的腐 蚀。图6-1是神华直接液化项目流程图。
6.1.1.2 石油
石油又称原油，是从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体。主要是各种
烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。它是古代海洋或湖泊中的生物经过漫 长的演化形成的混合物，与煤一样属于化石燃料。赋存于地下岩石孔隙 中的一种液态可燃有机矿产。一般认为是有机物死亡后经分解、运移、 聚集而形成。也有认为是无机碳和氢经化学作用而形成，常呈黑褐。 石油的性质因产地而异，密度为0.8～1.0 克/厘米3，粘度范围很宽，凝 固点差别很大（30～60°C），沸点范围为常温到500°C以上，可溶于 多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。它由不同的碳氢化合 物混合组成，组成石油的化学元素主要是碳 （83% ~ 87%）、氢（11% ~ 14%），其余为硫（0.06% ~ 0.8%）、氮（0.02% ~ 1.7%）、氧 （0.08% ~ 1.82%）及微量金属元素（镍、钒、铁等）。由碳和氢化合形 成的烃类构成石油的主要组成部分，约占95% ~ 99%，含硫、 氧、氮的 化合物对石油产品有害，在石油加工中应尽量除去。 不过不同的油田的石油的成分和外貌区分很大。石油主要被用来作为燃 油和汽油，是目前世界上最重要的一次能源之一。石油也是许多化学工 业产品如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。今天88%开采的石油被 用作燃料，其它的12%作为化工业的原料。
煤化工工艺学
煤化工工艺学煤化工工艺学是研究将煤及其副产品进行化学加工转换的一门学科。
煤是一种重要的能源资源，而煤化工工艺学则是利用化学方法对煤进行处理，分离出有用的化学物质，从而提高煤的综合利用价值。
煤化工工艺学的发展可以追溯到20世纪初。
在那个时候，煤在生活和工业生产中扮演着重要角色，但人们面临着煤资源的枯竭和环境污染等问题。
为了解决这些问题，煤化工工艺学崭露头角。
研究者通过在实验室中进行煤的热解、气化和液化等反应，成功地开发出了一系列煤化工工艺，并实现了工业化应用。
煤化工工艺主要包括煤气化技术、煤直接液化技术、煤间接液化技术和煤聚合物材料技术等。
其中，煤气化技术是将煤在高温和缺氧条件下进行气化反应，生成合成气体（CO和H2），然后制取液体燃料或化学原料。
煤直接液化技术是通过直接在高温和高压条件下将煤转化为液体燃料，如柴油和重质油。
煤间接液化技术是指先将煤进行气化反应，然后将合成气体转化为液体燃料。
煤聚合物材料技术是将煤的分子结构进行改变，生成新型的聚合物材料，用于制备高性能的材料。
煤化工工艺学的研究内容非常广泛，涉及到的知识领域包括煤的地质学、热学、动力学、催化学、工程学等。
研究者需要掌握煤的基本性质，如煤的组成、结构和性质，以及煤在不同条件下的热解、气化和液化反应规律。
此外，研究者还需要了解催化剂的性质和应用，以及各种反应器的设计和操作。
煤化工工艺学的研究意义重大。
一方面，煤化工工艺可以将煤转化为液体或气体燃料，解决能源供给问题。
另一方面，煤化工工艺可以从煤中提取出有机化学原料，制备化学产品，满足人们对化学品的需求。
此外，煤化工工艺还可以减少煤燃烧所产生的污染物排放，提高煤的利用效率，促进能源的可持续发展。
然而，煤化工工艺学也面临一些挑战和难题。
一方面，煤的性质复杂多样，不同种类的煤在热解、气化和液化过程中表现出不同的反应规律，因此需要深入研究煤的基本性质和反应机理。
另一方面，煤化工工艺需要大量的能源输入，而且涉及到高温、高压和有毒物质等工艺条件，对设备和催化剂的要求较高。
煤间接液化与直接液化技术的比较及缺点
煤间接液化与直接液化技术的比较及缺点一．煤间接液化介绍煤的间接液化技术是先将煤全部气化成合成气，然后以合成气为原料，在一定温度、压力和催化剂存在下，通过F-T合成为烃类燃料油及化工原料和产品的工艺。
包括煤气化制取合成气、催化合成烃类产品以及产品分离和改制加工等过程。
煤炭间接液化技术主要有南非的萨索尔（Sasol）费托合成法、美国的Mobil（甲醇制汽油法）和荷兰SHELL的中质馏分合成（SMDS）间接液化工艺。
F-T合成的特点是：合成条件较温和，无论是固定床、流化床还是浆态床，反应温度均低于350℃，反应压力2.0-3.0MPa；转化率高，如SASOL公司SAS工艺采用熔铁催化剂，合成气的一次通过转化率达到60％以上，循环比为2.0时，总转化率即达90％左右。
二．煤直接液化介绍煤的直接液化是煤在适当的温度和压力下，催化加氢裂化生成液体烃类及少量气体烃，脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的转化过程。
煤化工监理目前国内外的主要工艺有：1.美国HTI工艺该工艺是在两段催化液化法和H－COAL工艺基础上发展起来的，采用近十年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂（GelCatTM）。
反应温度420～450℃，反应压力17MPa；采用特殊的液体循环沸腾床反应器，达到全返混反应器模式；催化剂是采用HTI 专利技术制备的铁系胶状高活性催化剂。
在高温分离器后面串联一台加氢固定床反应器，对液化油进行在线加氢精制。
2.日本NEDOL工艺该工艺由煤前处理单元、液化反应单元、液化油蒸馏单元及溶剂加氢单元等4个主要单元组成。
反应压力17M～19MPa，反应温度为430～465℃；催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿。
离线加氢方式3.德国煤液化新工艺（IGOR工艺）1981年，德国鲁尔煤矿公司和费巴石油公司对最早开发的煤加氢裂解为液体燃料的柏吉斯法进行了改进，建成日处理煤200吨的半工业试验装置，操作压力由原来的70MPa降至30MPa，反应温度450～480℃，固液分离改过滤、离心为真空闪蒸方法，将难以加氢的沥青烯留在残渣中气化制氢，轻油和中油产率可达50％。
煤化学产品工艺学
0概述煤加工化学产品的生产工艺，是以煤为原料，经化学加工转换为气休、液休和固休产物，并将气休和液体产物进一步加工成一系列化学产品的过程。
根据煤加工方法的不同，所得化学产品的种类也不同。
目前煤加工方法主要有高温干馏、气化和液化。
煤高温干馏得到的主要产产品如下所示：这些产品已在化工、医药、染料、农药和炭素等行业得到广泛应用。
特别是吡啶喹啉类化合物和很多稠环化合物的生产，是石油化工无法替代的。
煤经气化得到的粗煤气，在经过净化和加工后，得到的化学产品主要有氨、甲醇、液体燃料、醋酸以及醋酸甲酯。
煤直接液化得到的化学产品主要是液体燃料和化工产品。
可见，以石油为原料生产的一次产物均可以用普通技术由煤来制取。
以煤为原料制取的合成气作为化工原料制备含氧化合物的C1化学路线很有竞争力。
煤转化利用技术，将煤转化为沽净的二次能源和化工原料，即充分利用了资源，又为保护环境提供了根本性措施。
所以煤干馏、气化和液化技术的应用和发展，在国民经济中具有重要的现实意义和战略意义。
1 煤高温干馏化学产品1.1 化学产品的生成煤料在焦炉炭化室内进行干馏时，在高温作用下，煤质发生了一系列的物理化学变化。
装入煤在200℃以下蒸出表面水分，同时析出吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等气体；随温度升高至250~300℃，煤的大分子端部含氧化合物开始分解，生成二氧化碳、水和酚类(主要是高级酚)；至约500℃时，煤的大分子芳香族稠环化合物侧链断裂和分解，生成脂肪烃，同时释放出氢。
在600℃前从胶质层析出的和部分从半焦中析出的蒸气和气体称为初次分解产物，主要含有甲烷、二氧化碳、一氧化碳、化合水及初焦油，而氢含量很低。
初焦油主要具有大致如下的族组成(%)：链烷烃(脂肪烃) 烯烃芳烃酸性物质盐基类树脂状物质8.0 2.8 53.9 12.1 1.8 14.4初焦油中芳烃主要有甲苯、二甲苯、甲基萘、甲基联苯、菲、蕙及其甲基同系物；酸性化合物多为甲酚和二甲酚，还有少量的三甲酚和甲基吲哚；链烷烃和烯烃皆为C5至C32的化合物；盐基类主要是二甲基吡啶、甲苯胺、甲基喹啉等。
煤直接液化工艺流程
煤直接液化工艺流程煤直接液化是一种将煤转化为液态燃料的工艺，它可以将煤储量丰富的国家利用起来，减少对传统石油资源的依赖。
下面我将介绍一下煤直接液化的工艺流程。
首先，原料煤经过预处理后进入气化炉。
预处理主要包括煤的破碎、干燥和脱硫等工序，以确保煤的质量和适应气化反应的要求。
在气化炉中，煤与氧气或气化剂在高温和高压的条件下进行反应，产生一氧化碳和氢气等合成气体。
气化反应一般使用固定床气化炉或流化床气化炉。
接下来，合成气通过除尘和净化设备去除其中的灰分、硫化物等杂质，以保证后续反应的正常进行。
然后，合成气进入催化剂床层，在催化剂的作用下，气体中的一氧化碳和氢气进行合成反应，生成一系列的液态燃料。
在液化工艺中，通常采用多段式催化反应器，以提高反应的效率和产物的品质。
每个催化反应器都有自己的催化剂床层，通过恰当的控制温度、压力和催化剂的投料速度等参数，可以使合成气充分转化为液态燃料。
生成的液态燃料主要包括石脑油、汽车汽油、柴油和重油等。
在液化的过程中，会产生一些气态副产品，如氮气、二氧化碳等，这些副产品可以进行回收利用，降低环境污染。
最后，通过分离和精制，把液态燃料中的杂质、重油等分离出来，得到纯净的燃料产品。
精制过程中，常用的方法包括蒸馏、萃取和脱硫等，以提高燃料的质量和满足市场需求。
总结一下，煤直接液化工艺流程主要包括煤的预处理、气化反应、合成气净化、催化反应、分离和精制等环节。
通过合理的操作参数和催化剂的选择，可以高效地将煤转化为液态燃料，为国家能源发展提供了一种可行且可持续的路径。
同时，煤直接液化工艺也需要进一步的研究和改进，以提高工艺的经济性和环境友好性。
《煤化工工艺学》——煤的间接液化
为了提高活性和选择性，还加入了各种助剂和载体，载体 的加入，导致了催化剂中的金属组分高度分散，并提高了催 化剂的抗烧结性。
① 钴、镍催化剂 条件温和，合成产品主要是脂肪烃，但稍提高反应温度 则甲烷含量大增。 ② ThO2和ZnO催化剂 条件苛刻，只能生成烃醇混合物，但氧化性催化剂对硫 不敏感。
用在固定床反应器的中压合成时，反应温度为220～240 ℃ 铁催化剂加钾活化，具有比表面积高和热稳定性好的结构，可用的载体为 Al2O3、CaO、MgO、SiO2、ZSM-5分子筛．其操作温度为220～340 ℃,操 作压力为1～3 MPa。
第6章 煤间接液化
§6.1 费托合成
费托合成
具体到中国的发展来说，关键在于技术，中国人 不掌握这个技术，南非转让要价非常高。国内的 技术尚不成熟。因此发改委是限制发展，除了兖 矿榆林100万吨、山西潞安、内蒙伊泰的16万吨 中试，神华和神华宁煤的3个300万吨/年项目外， 短期内不会核准类似项目。而国内的项目同样遇 到了技术来源、可靠性的问题。
煤液化是提高煤炭资源利用率，减轻燃煤污染的有效途径之一，是 洁净能源技术之一。
煤液化的实质
煤液化的目的之一是寻找石油的替代能源。煤炭资源10 倍于石油，故认为液化煤是石油最理想的替代能源。
煤与石油的异同点
名称 状态 分子 量 煤 固体 5000~10000 吡啶萃取物的分子量约2000 石油 液体 平均值200 高沸点渣油的分子量600
F-T合成催化剂
单一催化剂
铁、钴、镍和钌（沉淀铁催化剂、熔铁型催化剂 ）
F-T合成 催化剂
复合催化剂
Fe、Co、Fe-Mn等与ZSM-5分子筛混合组成的 复合催化剂 首先：复合催化剂可以将F-T合成的宽馏分烃类 由C1~C40缩小到 C1~C11，抑制了C11以上的高分 子量烃类的生成。 其次，复合催化剂还大幅度提高了汽油馏分 C5~C11 的比例，并且合成产物中基本上不含有 含氧化合物。 故：复合催化剂将得到广泛的应用。
煤化工工艺学重点
煤化工工艺学复习重点绪论1.煤化工：以煤为原料经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料和化学品的过程。
2.煤化工包括炼焦化学工业、煤气工业、煤制人造石油工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。
3.煤化工包括煤的干馏（含炼焦和低温干馏）、气化、液化和合成化学品等。
第二章煤的低温干馏1、煤干馏：煤在隔绝空气的条件下，受热分解成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程称为煤干馏(或称炼焦或焦化)。
2、煤低温干馏过程特点：（1）热加工过程（2）常压生产（3）不用加氢不用氧气（4）实现了煤的部分气化和液化。
3、煤热解：煤在各种条件下受热分解的统称。
4、低温干馏产品：半焦、煤气、焦油5、干馏产品的影响因素：原料煤性质、加热终温、加热速度、压力、加热条件。
6、干馏供热方式1)外热式(由护墙外部传入热量)2)内热式(借助热载体传热，载体和煤料粗直接接触）7、低温干馏炉因加煤和煤料移动方向不同1）立式炉2）水平炉3)斜炉4）转炉8、托斯考工艺p19.*第三章炼焦1、炼焦煤在焦炉内隔绝空气、加热到1000℃左右、可获得焦炭和化学产品和煤气的过程(又称高温干馏、炼焦)。
2、成焦过程a)<350℃:煤干燥预热阶段b)350一480℃:胶质体形成阶段c)480一650℃:半焦形成阶段d)650一950℃:焦炭形成阶段3、粘结性：干馏时粘结本身与惰性物的能力，指炼焦时形成熔融焦炭的能力（经过胶质体生成块状半焦的能力)。
4、黏结性与结焦性关系：黏结性好是结焦性好的前提及必要条件(结焦性好的煤其黏结性一定好)5、提高钻结性的方法：提高膨胀压力、控制粒度、隋性成分细碎、黏结形成分不宜过细、增大加热速度、增加堆积密。
6、气体析出途径(1)里行气(10%左右)①形成与两胶质体之间，不可能横穿过胶质体，只能上行进入炉顶空间，这部分气本称为里行气。
②没有经历二次解热作用;含大量水蒸气，含煤一次热解产物〔主要CH4及其同系物，还有H2, CO2, CO及不饱和烃等)(2)外行气(90%左右)①产生胶质体外侧〔由于胶质体固化和半焦热解产生大量气态产物)沿焦饼裂缝及炉墙与焦饼间隙进入炉顶空间，此部分气体称外行气②经过高温炼焦用煤区，经二次热解作用，二次热解产物〔主要H2，及少量CH4）7、炼焦用煤主要有气煤、肥煤、焦煤、瘦煤，及中间过渡性牌号煤。
煤的直接液化ppt课件
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液化残渣气化 制取氢气
原料煤的破碎 与干燥
煤浆制备
液体产物分 馏和精制
工艺流程
加氢液化
气体净化
固液分离
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要把固体煤转化为液体油，就必须采用高温 （400ºC~470ºC）或其它化学方法打碎煤的分子 结构，使大分子物质变成小分子物质，同时要从 外界供给足够量的H，以提高H/C比。
该工艺是把煤先磨成粉，再和自身产生的部分液 化油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（450ºC） 和高压（20~30MPa）下直接加氢，获得液化油， 然后再经过提质加工，得到汽油、柴油等产品。1 吨无水无灰煤可产500~600kg油，加上制氢用煤， 约3~4吨原料煤可产1吨成品油。其工艺过程如下 图所示。
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4、操作条件
温度和压力是影响煤直接液化反应进行的两 个因素，也是直接液化工艺两个最重要的 操作条件。
煤的液化反应是在一定温度下进行的，不 同工艺的所采用的温度大体相同，一般为 440~460ºC。当温度超过450ºC时，煤转化 率和油产率增加较少，而气产率增多，因 此会增加氢气的消耗量，不利于液化。
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a）将煤与溶剂制成浆液的形式便于工艺过程 的输送。同时溶剂可以有效地分散煤粒、 催化剂和液化反应生成的热产物，有利于 改善多相催化液化反应体系的动力学过程。
b）依靠溶剂能力使煤颗粒发生溶胀和软化， 使其有机质中的键发生断裂。
c) 溶解部分氢气，作为反应体系中活性氢的 传递介质；或者通过供氢溶剂的脱氢反应 过程，可以提供煤液化需要的活性氢原子。
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按煤直接液化所使用的催化剂的成本和使用 方法分为：廉价可弃型和高价可再生型两种。
廉价可弃型催化剂由于价格便宜，在直接液 化过程中与煤一起进入反应系统，并随反应 产物排出。这类催化剂包括：黄铁矿 （FeS2）、高炉飞灰（Fe2O3）等
煤直接液化法和煤液化的基础知识
煤直接液化煤直接液化，煤液化方法之一。
将煤在氢气和催化剂作用下通过加氢裂化转变为液体燃料的过程。
因过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。
沿革煤直接液化技术早在19世纪即已开始研究。
1869年，M.贝特洛用碘化氢在温度270℃下与煤作用,得到烃类油和沥青状物质。
1914年德国化学家F.柏吉斯研究氢压下煤的液化，同年与J.比尔维勒共同取得此项试验的专利权。
1926年，德国法本公司研究出高效加氢催化剂，用柏吉斯法建成一座由褐煤高压加氢液化制取液体燃料(汽油、柴油等)的工厂。
第二次世界大战前，德国由煤及低温干馏煤焦油生产液体燃料，1938年已达到年产1.5Mt的水平，第二次世界大战后期,总生产能力达到4Mt；1935年,英国卜内门化学工业公司在英国比灵赫姆也建起一座由煤及煤焦油生产液体燃料的加氢厂，年产150kt。
此外,日本、法国、加拿大及美国也建过一些实验厂。
战后，由于石油价格下降，煤液化产品经济上无法与天然石油竞争，遂相继倒闭，甚至实验装置也都停止试验。
至60年代初，特别是1973年石油大幅度提价后，煤直接液化工作又受到重视，并开发了一批新的加工过程，如美国的溶剂精炼煤法、埃克森供氢溶剂法、氢煤法等。
埃克森供氢溶剂法简称EDS法,为美国埃克森研究和工程公司1976年开发的技术。
原理是借助供氢溶剂的作用，在一定温度和压力下将煤加氢液化成液体燃料。
建有日处理250t煤的半工业试验装置。
其工艺流程主要包括原料混合、加氢液化和产物分离几个部分（图1）。
首先将煤、循环溶剂和供氢溶剂（即加氢后的循环溶剂）制成煤浆，与氢气混合后进入反应器。
反应温度425～450℃，压力10～14MPa,停留时间30～100min。
反应产物经蒸馏分离后，残油一部分作为溶剂直接进入混合器，另一部分在另一个反应器进行催化加氢以提高供氢能力。
溶剂和煤浆分别在两个反应器加氢是EDS法的特点。
在上述条件下,气态烃和油品总产率为50％～70％(对原料煤),其余为釜底残油。
煤直接液化工艺流程
煤直接液化工艺流程
《煤直接液化工艺流程》
煤直接液化是一种将煤直接转化成液体燃料的技术，被广泛应用于煤炭资源的高效利用和清洁能源的生产。
其工艺流程是一个复杂的化工过程，需要多种设备和技术的配合，下面将对其工艺流程进行说明。
首先，煤炭的预处理是整个工艺流程的第一步。
煤炭首先经过破碎、磨矿和筛分等步骤，使得煤炭颗粒的大小和形状更适合后续的反应和转化过程。
然后，煤质的选煤是非常关键的一步，通过密度分离、气浮和湿选等技术，将煤中的灰分和硫分等杂质进行分离，提高煤质的纯度。
接下来是煤的干馏。
将经过预处理的煤炭送入干馏炉中，利用高温和缺氧环境进行反应，将煤转化成气体和液体产物。
在此过程中，煤中的碳、氢、氧、氮等元素都将发生化学变化，产生气化气体和焦油等产品。
然后，气化气体进一步处理。
气化气体中含有一定量的一氧化碳和氢气，在进一步利用前，需要经过净化和变换等步骤，去除其中的杂质并转化成合成气，以便后续的加氢和合成反应。
最后是合成。
通过控制合成气的压力和温度，利用催化剂将合成气经过合成反应，生成液体燃料和化工产品。
整个煤直接液化工艺流程中，合成反应是决定产物品质的关键步骤。
总的来说，煤直接液化是一个复杂而又高效的技术，通过一系列工艺流程将煤炭转化成清洁高效的液体燃料。
随着技术的不断进步和设备的不断完善，相信煤直接液化技术将会在未来发挥更加重要的作用。
煤化工工艺学
煤化工工艺学
煤化工工艺学是研究煤作为原料进行化学转化过程的学科。
它主要关注煤的液化、气化、气体加工和煤的化学利用等方面的工艺过程。
煤液化是指将固态煤转化为液态燃料或化工产品的过程。
其中包括直接煤液化和间接煤液化两种方法。
直接煤液化是利用溶剂将煤直接转化为液体，间接煤液化是先将煤气化生成合成气，再通过催化反应将合成气转化为液体。
煤气化是指将煤转化为气体状燃料或化工产品的过程。
通过在高温、高压和缺氧（或亚氧）条件下对煤进行热解和气化反应，生成气体混合物，包括合成气、一氧化碳、氢气和其他可燃气体。
煤化工工艺学还包括煤气的净化、分离和精制等过程，以及对煤化工产品的加工和利用。
通过提纯、分离和精制等过程，可以得到高纯度的气体、液体或固体产品，如煤油、汽油、柴油、合成天然气等。
煤化工工艺学的研究旨在提高煤的综合利用率，开发煤作为资源的潜力，减少对传统石油和天然气资源的依赖，提高能源安全性和环境可持续发展能力。
化工工艺学-第五章-煤的液化
氢气 煤 催化剂 煤浆 制备
循环氢 尾气 液 化 分 离
水
液化油 残渣
提 质
加 工 成品油
循环溶剂
①原料煤 用于液化的煤应符合以下条件：
高挥发分年青烟煤和硬质褐煤，碳含量约在77～82%之间；
煤中惰性组分<15%； 灰分<10%； 硫含量要高，即需用高硫煤。
②催化剂 铁系催化剂（含氧化铁的矿物，铁盐及煤中硫铁矿） 使用时要求系统中有硫，否则活性不高
⑤反应温度与压力
温度：各工艺采用的温度大致相同，大多为450℃，也有475℃。反应 温度高有利于沥青烯向油的转化，但温度高会引起结焦和产生更多的气体。
压力：氢在煤浆中的溶解度随压力增加而增加，由于煤液化温度较高，
采用较高的压力才有足够的氢分压，一般压力控制在20MPa以下。
⑥液固分离 真空闪蒸方法，优点是操作简化，处理量剧增，蒸馏油用作循环油，煤 浆粘度降低。缺点是收率有所降低。 反溶剂法（anti-solvent），采用对前沥青烯和沥青烯等重质组分溶解度 很小的有机溶剂，把它们加到待分离的料浆中时，能促使固体粒子析出 和凝聚，颗粒变大，利于分离。 临界溶剂脱灰，它利用超临界抽提原理，使料浆中可溶物溶于溶剂而留 下不溶的残煤和矿物质，常采用的溶剂是含苯、甲苯和二甲苯的溶剂油。 液固分离出来的残渣占原料煤的30%左右，处理方法有干馏、锅炉 燃烧以及气化等，其中气化制氢是最方便的利用方法。
CO2＋4H2 → CH4＋ 2H2O
游离碳生成反应
2CO → C＋ CO2
游离碳的生成可能堵塞催化剂的内孔。 在至今的技术条件下，含氧化合物仍是副产物。
F-T合成反应机理
费托合成的热力学分析简述
在50～350℃的范围内，有利于形成甲烷，产物生成的概率按 CH4
第七章煤直接液化_煤化工工艺学
此工艺的特点是： ①液固分离采用闪蒸塔，生产能力大，效率高； ②循环油不含固体，还基本上排除了沥青烯； ③煤糊相加氢和油的加氢精制，使油收率增加， 质量提高
⑵ 氢-煤（H-Coal）法 此法是美国碳氢化合物研究公司（HRI）开发的，它是由 石油重油催化加氢的H-oil法演变而来，已完成煤处理量200～ 600t/d的中间试验。干煤粉碎到40目以下与自产油（按油煤 比1.5～2）混合制成煤浆，煤浆与氢气混合后经预热进入流化 床反应器。床内装有颗粒状Co-Mo/Al2O3催化剂，反应温度 450℃，压力16～19MPa。反应器底部设有高温油循环泵，使 循环油向上流动以保证催化剂处于流化状态。由于催化剂的密 度比煤高，催化剂可保留在反应器内，而未反应的煤粉随液体 从反应器排出。反应产物的分离与IGNew相近。用此法合成原 油时，煤转化率94.8％，氢耗4.9％，制燃料油时分别为93.2 ％和3.2％。 H-Coal法 流程图示于图6-3-04.
§ 7、煤的直接液化
§ 7．1 煤直接液化的意义和发展概况 § 7．2 煤加氢液化原理 § 7．3 德国煤直接液化工艺的发展
§ 7．1 煤直接液化的意义和发展概况
1.煤直接液化的意义 直接液化：将煤在较高温度（400℃以上）、 和压力（10MPa以上），下与氢反应使其 降解和加氢，从而转化为液体油类的工艺， 故又称加氢液化。
3．煤加氢液化的影响因素 ⑴ 氢耗量 氢耗量的大小与煤的转化率和产品分布密切相关。见图63-05。由图6-3-05可见氢耗量低时，煤的转化率低，产品主要是沥 青，各种油的产率随氢耗量增加而增加，同时气体的产率也有所增加。 由表6-3-03可见因工艺、原料煤和产品的不同，氢耗也不同。 一般产品重时氢耗低。氢耗大多在5％左右。可以注意到，直接液化 消耗的氢有40％～70％转入C1～C3气体烃，另外25％～40％用于 脱杂原子，而转入产品油中的氢是不多的。脱杂原子和转入产品油中 的氢是过程必须的，对提高产品质量有利，故降低氢耗的潜力要放在 气态烃上。要降低气态烃的产率，措施有：①缩短糊相加氢的反应时 间，例如SRC-I工艺中，若停留时间从40min缩短到4min，气体产 率由8.2％降为1.3％，氢耗量从2.9％降为1.6％；②适当降低煤的 转化率，例如转化率达80％后，再提高不仅费时而且耗氢多；③选用 高活性催化剂；④采用后文介绍的分段加氢法。
[【煤化工】煤的气化、液化和干馏技术【2】煤的液化和干馏
【煤化工】煤的气化、液化和干馏技术【2】煤的液化和干馏小化03-20原文二.煤的液化煤液化是把煤转化为液体产物，包括直接液化和间接液化。
I.煤的直接液化：煤的直接液化是通过加氢使煤中复杂的有机化学成分直接转化为液体燃料，转化过程是在含煤粉和溶剂的浆液系统中进行加氢，需要较高的压力和温度。
直接液化的优点是热效率高，液体产品收率高；主要缺点是煤浆加氢工艺过程中，各步骤的操作条件相对苛刻，对煤种适应性差。
德国是最早研究和开发直接液化工艺的国家，其最初的工艺被称为IG 工艺。
气候不断改进，开发出被认为世界上最先进的IGOR工艺。
其后美国也在煤液化工艺的开发上做了大量的工作，开发出供氢溶剂（EDS）、氢煤（H-Coal）、催化两段液化工艺（CTSL/HTI）和煤油共炼等代表工艺。
此外日本的NEDOL工艺也有相当出色的液化性能。
此外，我国在建的神华煤直接液化所采用工艺也是在其他工艺的基础上发展的具有自身特色的液化工艺。
1.德国的IG工艺和IGOR工艺德国的IG工艺可分为两段加氢过程，第一段加氢是在高压氢气下，煤加氢生成液体油（中质油等），又称煤浆液相加氢。
第二段加氢是以第一段加氢的产物为原料，进行催化气相加氢制得成品油，又称中油气相加氢，所以IG法也常称作两段加氢法。
德国的IG工艺流程20世纪80年代，德国在IG法的基础上开发了更为先进的煤加氢液化和加氢精制一体化联合工艺（IGOR)。
其最大的特点是原料煤经该工艺过程液化后，可直接得到加氢裂解及催化重整工艺处理的合格原料油，从而改变了两段加氢的传统IG模式，简化了工艺流程，避免了由于物料进出装置而造成的能量消耗和大量的工艺设备。
IGOR直接液化法工艺流程2.美国的H-Coal、CTSL和HTI工艺H-Coal工艺是美国HRI公司在20世纪60年代，从原有的重油加氢裂化工艺(H-oil)的基础上开发出来的，它的主要特点是采用了高活性的载体催化剂和流化床反应器，属于一段催化液化工艺。
名词解释煤的直接液化
名词解释煤的直接液化煤的直接液化是一种将煤转化为液体燃料的技术过程。
通过在高温和高压下，将固态煤转化为液体燃料，可以有效提高煤的能源利用率和减少对环境的污染。
随着全球能源需求的不断增长和化石能源资源的日益稀缺，煤的直接液化技术受到了广泛的关注。
这项技术被认为是一种可行的替代能源发展方向，因为煤作为世界上最丰富的化石能源之一，具有丰富的储量和广泛的分布。
煤的直接液化技术主要有两个步骤：煤的气化和液化。
首先，在高温和缺氧条件下进行煤的气化，将固态煤转化为气体，主要产生一氧化碳(CO)和氢气(H2)等气体。
然后，在催化剂的作用下，将气态产物加氢反应，转化为液体燃料。
煤的直接液化技术的优势之一是可以有效降低煤的硫、氮等有害元素的含量。
在气化过程中，硫和氮等元素主要以气体的形式从煤中释放出来，而在液化过程中，通过催化剂的作用，这些有害元素可以被氢气还原，并形成硫化氢和氨等易于分离和处理的物质。
因此，煤的直接液化技术能够减少燃煤产生的大气污染和酸雨等环境问题。
此外，煤的直接液化技术还可以提高煤的能源利用效率。
相比于传统的燃煤发电和重油加工等过程，煤的直接液化技术可以将固态煤转化为液体燃料，包括柴油、液化石油气等。
这些燃料不仅具有更高的能源密度，而且燃烧效率也更高，能够充分释放煤的能量潜力。
因此，煤的直接液化技术在能源转型和能源结构调整方面具有重要意义。
然而，煤的直接液化技术也存在一些挑战和问题。
首先，该技术需要高温和高压等特殊的工艺条件，设备成本较高。
其次，液化过程中会产生大量的副产物，如焦化油、渣油等，对环境造成一定的负面影响。
此外，液化过程中所需的氢气等原料也会增加能源消耗和碳排放。
因此，如何有效处理这些副产物和减少能源消耗，是煤的直接液化技术亟待解决的问题。
总的来说，煤的直接液化技术具有可行性和重要性，可以有效提高煤的能源利用率和减少环境污染。
尽管存在一些挑战和问题，但通过技术创新和工艺改进，可以进一步提升该技术的经济性和环境友好性。
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成的前沥青烯和沥青烯肯定不同。它们转化为油的反应速度 较慢，需要活性较高的催化剂。
（4）逆反应（即结焦反应）也有可能发生
-19- 2020年6月16日星期二
将煤加氢液化的反应历程表示如下：
自由基碎片在供氢溶剂及催化剂的作用下在 氢气气氛中加氢稳定，变成小分子的油、气、 沥青烯和前沥青烯等；（否则会发生缩聚生 成高分子不溶物）——对自由基“碎片”供 氢、结焦反应
在加氢过程中，同时还脱除N、S、O等杂原 子，生产分子量低的油品和化学品。——脱 杂原子的反应
-9- 2020年6月16日星期二
-31- 2020年6月16日星期二
制氢
循环H2
溶剂油 煤溶解物
未溶固体
H2,H2S,CO2, 气态烃
溶剂油、煤 溶解物和未
溶固体
-32- 2020年6月16日星期二
2. 溶剂精炼煤-Ⅱ（SRC-Ⅱ）
SRC-Ⅱ是在Ⅰ法基础上发展起来的，基本流程和工艺条件 与Ⅰ法相近，不同点如下： ① 气液分离器底部流出的淤浆一部分循环用于制煤糊，另一 部分进减压蒸馏塔。 淤浆部分循环的好处： 延长了煤及中间产物在反应器内的停留时间（40 min→60 min左右），反应深度增加； 使反应器内的硫铁矿浓度提高。 ② 用减压蒸馏分离重油和固体残渣，处理量大也比较方便， ③ 产品以油为主，氢耗量比I法高一倍。
当液化反应温度提高，裂解反应加剧时，需注意有相应的供 氢速度配合，否则会有结焦的危险。
-13- 2020年6月16日星期二
3. 脱杂原子的反应
（1） 脱氧反应： ① 氧的存在形式； ② 各基团脱除的难易程度； ③ 随氧脱除率的增加，油品产率增加，同时煤中总是 有40%的氧稳定存在。（图7-1）
（2）脱硫反应：含硫化合物转化为H2S。 （3）脱氮反应：比脱硫困难，含氮化合物转化为NH3。
1935年，英国 I.C.I.公司在 Bilingham建成烟煤加氢 液化厂。
1973年，世界发生石油危机，各国又重新开始重视 煤液化制液体燃料的技术研究工作，开发了许多煤 直接液化制油新工艺。主要有美国开发的溶剂精炼 煤工艺（SRC）、供氢溶剂工艺（EDS）等。
-4- 2020年6月16日星期二
-14- 2020年6月16日星期二
4. 结焦反应
热解生成的自由基碎片，加果没有机会与氢反应，它们 就会彼此结合，这样就达不到降低分子量的目的。多环芳 烃在高温下有自发缩聚成焦的倾向。
在煤加氢液化中结焦反应是不希望发生的。一旦发生， 轻则使催化剂表面积炭，重则使反应器和管道结焦堵塞。 采取以下措施可防止结焦： ① 提高系统的氢分压； ② 提高供氢溶剂的浓度； ③ 反应温度不要太高； ④ 降低循环油中沥青烯含量， ⑤ 缩短反应时间。
-15- 2020年6月16日星期二
三、煤加氢液化的反应产物
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煤加氢液化后所得的并非是单一的产物，而是组成十分复杂的， 包括气、液、固三相混合物。按照在不同溶剂中的溶解度不同，对 液固部分进行分离。 可见残渣是不溶于吡啶或四氢呋喃部分，它是由未转化的煤、 矿物质和外加催化剂组成。 前沥青烯是指不溶于苯但可溶于吡啶和四氢呋喃的重质煤液化 产物，其平均分子量约1000，杂原子含量较高。 沥青烯是指可溶于苯，但不溶于正己烷或环己烷的部分，类似 石油沥青质的重质煤液化产物，其平均分子量约为500。 油是轻质的可溶于正己烷或环己烷的产物，其分子量大约在 300以下。 煤液化气体包括两部分：①杂原子的H2O，H2S，NH3，CO2和 CO等；②气态C1-C4。其产率与煤种和工艺条件有关。
（4）煤和渣油联合加工法
以渣油为溶剂油与煤一起一次通过反应器，不用循环 油。渣油同时发生加氢裂解转化为轻质油。美国、加 拿大、德国和苏联等各有不同的工艺。
（5）干馏液化法
煤先热解得到焦油，然后对焦油进行加氢裂解和提质。
（6）地下液化法
将溶剂注入地下煤层，使煤解聚和溶解，加上流体的 冲击力使煤崩散，未完全溶解的煤则悬浮于溶剂中， 用泵将溶液抽出并分离加工。
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1. 溶剂精炼煤-Ⅰ（SRC-Ⅰ）
煤浆用往复式高压泵输送，与新鲜H2和循环H2混合后送入用直 接火加热的预热器2，加热至规定温度后进入“溶解器”——反应 器3。
反应器操作条件：出口温度约450℃，压力10～13 MPa，停留 时间40 min。
从反应器3流出的料浆经热交换器进入分离器4。由其顶部排出 的H2、H2S、CO2和气态烃，先经油吸收除去酸性气体和气态烃， 然后H2循环回到反应系统，吸收油解吸时放出的气体进入酸性气 体洗涤塔5除去H2S和CO2，剩下的为气态烃，可作燃料或其他用途。 从分离器4底部排出的是由溶剂油、煤溶解物和未溶固体所组成的 淤浆、开始采用预涂硅藻土的真空回转过滤机6分离（后改用其他 方法），滤液加热后进入真空蒸馏塔8脱除溶剂油，塔底排出物即 为溶剂精炼煤。
-25- 2020年6月16日星期二
H2
-26- 2020年6月16日星期二
二、德国煤直接液化新工艺——IG新工艺
-27- 2020年6月16日星期二
与IG老工艺相比，新工艺主要有以下改进
① 固液分离不用离心过滤，而用闪蒸塔，生产能力大、 效率高。
② 循环油不但不含固体，还基本上排除了沥青烯。按循 环油的沸点范围，约由55％中油和45％重油构成。煤 浆粘度大大降低。反应压力由70 MPa降到30 MPa；
-23- 2020年6月16日星期二
未反应的H2
-24- 2020年6月16日星期二
气相加氢工艺流程
粗汽油和中油与氢气混合后，经热交换器和预 热器，进入3个串联的固定床催化加氢反应器、产物 通过热交换器后进一步冷却分离，分出气体和油， 前者基本作为循环气，后者经蒸馏得到汽油作为主 要产品，塔底残油返回作为加氢原料油。
-11- 2020年6月16日星期二
2. 对自由基“碎片”供氢
（1） 反应中氢的来源： ① 溶解于溶剂中的氢在催化剂作用下变为活性氢； ② 溶剂油提供的或传递的氢； ③ 煤本身可供应的氢。
（2）当溶剂无供氢能力时，则液化消耗的氢来自煤及气相氢。 （3）溶剂供氢能力对液化有重要影响，随溶剂中供氢能力的
增加，由煤与氢气供氢量下降。 （4）系统中供给CO+H2O或CO+H2时，液化效果比单纯供氢
效果好。（这因为（CO+H2O）的变换反应放出的氢更 容易和自由基碎片结合。）
-12- 2020年6月16日星期二
（3）对供氢可采取的有利措施： ① 使用有供氢性能的溶剂； ② 提高系统氢气压力； ③ 提高催化剂的活性； ④ 保持一定的H2S浓度等。
虽可实现煤就地液化，不必建井采煤，但还存在许多 技术和经济问题，近期内不可能工业化 。
-6- 2020年6月16日星期二
§7.2 煤加氢液化原理
-7- 2020年6月16日星期二
一、煤和石油的比较
煤和石油同是可燃矿物；有机质都由碳．氢、氧、氮和硫元素构 成，但它们在结构、组成和性质上又有很大差别： 化学组成上，石油的H/C原子比高于煤，而煤中的氧含量显著高
第7章 煤直接液化
-1- 2020年6月16日星期二
§7.1 煤直接液化的意义和发展概况
-2- 2020年6月16日星期二
一、煤直接液化的意义
煤直接液化: 是把转化成液体油品的工艺， 故又称加氢液化。
直接液化热效率比间接液化高，对原料煤的要求 高，较适合于生产汽油和芳烃；
-18- 2020年6月16日星期二
四、煤加氢液化的反应历程
（1）煤不是组成均一的反应物 煤的组成是不均一的，既存在少量易液化的成分，也包
含一些极难液化的惰性成分。所以，把煤看作组成均一的反 应物是有条件的，一般不符合客观实际。
（2）反应以顺序进行为主 虽然反应初期己有气体和轻油生成，但为数不多，在比
间接液化允许采用高灰分的劣质煤，较适合于生 产柴油、含氧的有机化工原料和烯烃等。
-3- 2020年6月16日星期二
二、煤直接液化技术发展概况
1913年德国Berguis首先研究了煤高温高压加氢技术， 并从中获得了液体燃料。
1927年，I.G.Farben公司在德国 Leuna建成了第一 座 10 104 t/a褐煤液化厂。
③ 闪蒸塔底流出的淤浆有流动性，可以用泵输送进德士 古气化炉，气化制氢或供锅炉燃烧；
④ 加氢（煤糊相加氢和油的加氢精制）一体化，油收率 增加，质量提高。
-28- 2020年6月16日星期二
§7.4 美国煤加氢液化的中试
-29- 2020年6月16日星期二
一、溶剂精炼煤法（SRC）
属加氢抽提液化工艺，按产品不同，有： SRC-I：加氢程度较低 SRC-Ⅱ：加氢程度较高
利用轻质溶剂在超临界条件下抽提可得到以重质油为 主的油类——抽提率不太高。
（2）浴剂加氢抽提液化法
使用氢气，但压力不太高，溶剂油有明显的作用，如： 溶剂精炼煤工艺（SRC）和供氢溶剂工艺（EDS）等 。
-5- 2020年6月16日星期二
（3）高压催化加氢法
如：德国的新老液化工艺和美国的氢煤法。
1. 煤的热解
煤在隔绝空气的条件下加热到一定温度，就会发生一 系列复杂反应，析出煤气、热解水和焦油等产物，剩 下煤焦。
煤的热解温度范围较大 ，热解速度随温度的升高而加 快。
对褐煤和烟煤讲，煤裂解速度最快或胶质体生成量最 大的温度范围约在400～450℃，这与煤加氢液化的适 宜温度区间基本一致，这也说明热解是煤加氢的前提。
-10- 2020年6月16日星期二
2. 对自由基“碎片”供氢
煤热解自由基“碎片”的加氢以及再缩聚反应可用 如下方程示意表示：